HID燈調(diào)光技術(shù)簡述.doc

HID燈調(diào)光技術(shù)簡述隨著社會(huì)的進(jìn)步，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境已是大勢(shì)所趨，在照明領(lǐng)域中，采用新型節(jié)能光源、節(jié)能電器及高效燈具來達(dá)到節(jié)約電能的目的，已廣泛被人們接受。但如何通過節(jié)能照明設(shè)計(jì)來達(dá)到節(jié)約能源的目的,才剛被人們所重視。采用調(diào)光技術(shù)用于照明領(lǐng)域的節(jié)能是一種行之有效的方法。與其相應(yīng)的新產(chǎn)品已不斷地被開發(fā)出來。過去在體育場(chǎng)館，城鎮(zhèn)道路和隧道等場(chǎng)所大面積照明，采用HID調(diào)光設(shè)計(jì),從實(shí)用上說是不大可能的?，F(xiàn)在隨著科技進(jìn)步，電子技術(shù)和電子元器件的不斷發(fā)展，這種調(diào)光設(shè)計(jì)已變?yōu)榭尚小Ｏ旅嫦虼蠹液唵谓榻B三種HID燈的調(diào)光技術(shù)及相關(guān)的產(chǎn)品。 1 電子鎮(zhèn)流器調(diào)光 眾所周知，HID燈電子鎮(zhèn)流器可以容易地設(shè)計(jì)成調(diào)光鎮(zhèn)流器。調(diào)光原理：通過各種傳感器，調(diào)節(jié)輸入到電子鎮(zhèn)流器控制工作頻率的直流電平，改變工作頻率，調(diào)整輸出到HID燈的功率，達(dá)到調(diào)光目的。HID燈電子鎮(zhèn)流器調(diào)光范圍：高壓鈉燈一般為輸出功率50%100%（光通量約：30%100%）。金屬鹵化物燈輸出功率60%100%（光通量約：45%100%）。根據(jù)國外研究資料，調(diào)光HID燈電子鎮(zhèn)流器，在燈啟動(dòng)35分鐘內(nèi)，必須滿功率工作，否則會(huì)出現(xiàn)燈管早期發(fā)黑現(xiàn)象，影響燈的使用壽命。我們初步對(duì)比試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。所以調(diào)光HID燈電子鎮(zhèn)流器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮此問題。在燈啟動(dòng)時(shí)，不論是什么狀態(tài)，電子鎮(zhèn)流器在35分鐘內(nèi)應(yīng)自動(dòng)工作在滿功率輸出。 2 變感抗式鎮(zhèn)流器的調(diào)光 變感抗式鎮(zhèn)流器的調(diào)光，顧名思義就是改變鎮(zhèn)流器的感抗值，調(diào)整燈的輸出功率來達(dá)到調(diào)光目的。工作原理見圖（1）： 用感抗式鎮(zhèn)流器中間抽頭，變換開關(guān)K，改變鎮(zhèn)流器阻抗，使其輸出到燈的功率不同來調(diào)光。這種調(diào)光方式關(guān)鍵要解決開關(guān)切換問題，用普通開關(guān)（如交流接觸器）在切換時(shí)，因切換速度不夠快，會(huì)產(chǎn)生熄燈現(xiàn)象。這在一些場(chǎng)所是不允許的，即使允許，燈熄滅后降功率啟動(dòng)和多次啟動(dòng)對(duì)燈的壽命影響較大。所以必須采用電子開關(guān)或是電流過零技術(shù)的快速機(jī)械開關(guān)，保證燈切換功率時(shí)不熄滅。這種調(diào)光鎮(zhèn)流器只可用于高壓鈉燈和脈沖啟動(dòng)型金鹵燈。而不適用于JLZKN系列鈧鈉金屬鹵化物燈的調(diào)光。高壓鈉燈可降功率040%，金鹵燈020%或30%（視金鹵燈品種而定）。功率下降幅度增大，在一些因素影響下（如電源波動(dòng)、畸變等）就可能產(chǎn)生電弧不穩(wěn)和熄燈現(xiàn)象，尤其是金鹵燈。從工作原理圖可以看出變電抗式鎮(zhèn)流器只能是定功率一級(jí)或二級(jí)調(diào)光，不能連續(xù)調(diào)光。圖（2）是我公司生產(chǎn)的NGZ-H型高壓鈉燈變感抗式鎮(zhèn)流器和控制器FD-1型的工作原理圖。鎮(zhèn)流器I端為額定功率輸出，II端為60%額定功率輸出。當(dāng)接通電源時(shí)，繼電器不動(dòng)作，鎮(zhèn)流器I端輸出，燈在額定功率下運(yùn)行，同時(shí)電源給出50次/S的時(shí)基信號(hào)，計(jì)時(shí)控制器開始計(jì)時(shí)，3分鐘后給出一個(gè)信號(hào)將CD電子觸發(fā)器關(guān)閉（電子觸發(fā)器燈亮?xí)r可以自動(dòng)關(guān)閉，燈損壞時(shí)3分鐘關(guān)閉），約6小時(shí)后（此時(shí)間可以根據(jù)用戶要求設(shè)定），計(jì)時(shí)控制器給繼電器J信號(hào)，繼電器吸合，由檢流計(jì)提供的信號(hào)可以保證-繼電器吸合的時(shí)間在燈電流過零點(diǎn)左右，這可以保證燈泡不會(huì)熄滅，同時(shí)也延長繼電器觸點(diǎn)壽命。繼電器吸合后，鎮(zhèn)流器II端輸出給燈60%的額定功率，完成定時(shí)定額調(diào)光工作。 3 變?nèi)菘故紺WA型鎮(zhèn)流器調(diào)光 CWA型鎮(zhèn)流器也稱為LC頂峰超前式鎮(zhèn)流器，調(diào)光原理見圖（3）。通過改變鎮(zhèn)流器工作電容的容抗，降低鎮(zhèn)流器的輸出功率來調(diào)光。這種調(diào)光電路可用于高壓鈉燈和脈沖啟動(dòng)型金鹵燈的調(diào)光，也可用于JLZKN鈧鈉系列金鹵燈的調(diào)光（不用電子觸發(fā)器）。調(diào)光范圍與變感抗式鎮(zhèn)流器相同，同樣調(diào)光時(shí)要采用電容電壓過零分?jǐn)嗉夹g(shù)，保護(hù)繼電器觸點(diǎn)因大電流沖擊損壞。另外燈啟動(dòng)時(shí)應(yīng)處于滿功率狀態(tài)，否則會(huì)因鎮(zhèn)流器提供給燈的從新著火電壓值VSS太低，使燈在啟動(dòng)過程熄滅，無法正常工作。 圖（4）是一種變?nèi)菘故饺?jí)定功率金鹵燈調(diào)光電原理圖。采用的是手動(dòng)控制調(diào)光方式。通過K1、K2開關(guān)組合，可獲得三種調(diào)光功率，Z為檢流計(jì)，A1、A2為過零電壓控制器，調(diào)光時(shí)保證繼電器J1、J2觸點(diǎn)在電容C3電壓為零時(shí)分?jǐn)?。該控制電路簡單可靠，比較適用體育場(chǎng)館調(diào)光照明。 圖（5）是我公司生產(chǎn)的JLZL-C型變?nèi)菘故秸{(diào)光鎮(zhèn)流器和FD-2型定時(shí)控制器工作原理圖。主要用于城鎮(zhèn)道路照明定時(shí)金鹵燈調(diào)光。FD-2型定時(shí)控制器工作原理與FD-1型相同，只是減少了電子觸發(fā)器部分。該產(chǎn)品可直接裝入路燈具內(nèi)使用。 4 調(diào)光控制方式 常用的調(diào)光控制方式有：延時(shí)控制、載波控制、手動(dòng)控制、光電控制和遠(yuǎn)紅外感應(yīng)控制等，組成方框圖見圖（6）： 手動(dòng)控制工作原理：用人工通過調(diào)節(jié)電位器或開關(guān)將控制信號(hào)直接傳送給調(diào)光電器。載波控制：將控制信號(hào)由載波發(fā)射器經(jīng)電源線傳輸?shù)捷d波接收器轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的信號(hào)。延時(shí)控制：當(dāng)燈接通電源時(shí)，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)到某一設(shè)定時(shí)間輸出一定值信號(hào)，改變燈功率。光感應(yīng)控制：按白天和夜晚亮度變化，輸出一定值信號(hào)。遠(yuǎn)紅外感應(yīng)控制：根據(jù)檢測(cè)到的人體遠(yuǎn)紅外變化輸出一定值信號(hào)。據(jù)上述幾種方式調(diào)光的控制原理可以得出：手動(dòng)和載波控制方式可以用于連續(xù)調(diào)光，而定時(shí)、光控及遠(yuǎn)紅外控制一般只能用于定功率調(diào)光（單級(jí)調(diào)光）。 五種調(diào)光方式適用于不同照明場(chǎng)所：體育場(chǎng)館調(diào)光照明采用手動(dòng)和載波控制，可以按需要連續(xù)調(diào)光。手動(dòng)控制方式經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、可靠，用于新建場(chǎng)館和線路架設(shè)容易的老場(chǎng)館改造。載波控制方式可用于線路架設(shè)不容易的老場(chǎng)館改造。城鎮(zhèn)道路調(diào)光照明，用延時(shí)控制方式比較合適，開燈后滿功率運(yùn)行67小時(shí)（可設(shè)定）后，自動(dòng)降為60%額定功率運(yùn)行。隧道調(diào)光照明，可用時(shí)控（時(shí)間程序控制）和光控二種方式，在白天滿功率運(yùn)行，夜晚降功率運(yùn)行。其它某些特殊場(chǎng)所調(diào)光照明可用遠(yuǎn)紅外控制方式，如頻繁進(jìn)出侖庫，當(dāng)人進(jìn)入時(shí)燈滿功率運(yùn)行，離開后降功率運(yùn)行。 5 HID燈調(diào)光工作燈壽命問題 HID燈在調(diào)光狀態(tài)下工作，我們最關(guān)心的一個(gè)問題是對(duì)燈的壽命影響，這要從兩方面討論：一是對(duì)燈本身的影響；據(jù)國外有關(guān)資料介紹，不論在高頻還是在工頻下降功率點(diǎn)燈，不會(huì)損傷HID燈，即不延長也不會(huì)縮短燈的壽命。此結(jié)論待驗(yàn)證。二是調(diào)光系統(tǒng)對(duì)燈的影響；在燈的壽命后期，調(diào)光電器在滿功率時(shí)可以正常點(diǎn)燈，在降功率時(shí)，燈不能正常工作，出現(xiàn)熄弧，這無形就縮短了燈的壽命。初步試驗(yàn)證明電子鎮(zhèn)流器調(diào)光方式在這方面對(duì)燈影響小?？稍跓粽勖?0%90%的時(shí)間內(nèi)工作（與HID燈品種和調(diào)光量大小有關(guān)）。而變感抗式和變?nèi)菘故秸{(diào)光只能是正常燈壽命的60%70%，特別是金鹵燈，對(duì)高壓鈉燈的影響相對(duì)較小。這主要原因是電子鎮(zhèn)流器不論在什么狀態(tài)下工作都能提供給燈很小的斷流時(shí)間0T和較高的重新著火電壓VSS。而變感抗和變?nèi)菘故芥?zhèn)流器在調(diào)光狀態(tài)下工作時(shí)，這兩項(xiàng)參數(shù)就很難做得好，即使這樣，我們認(rèn)為這二種調(diào)光方式仍具實(shí)用價(jià)值，因其節(jié)電效益遠(yuǎn)大于燈的壽命損失。 HID燈大面積照明應(yīng)用調(diào)光技術(shù)才剛開始起步，有待進(jìn)一步提高和完善。我們相信，隨著科技的進(jìn)步，在不遠(yuǎn)的將來，HID燈調(diào)光技術(shù)作為節(jié)能照明的重要方法將被廣泛推廣使用，對(duì)我國的綠色照明作出貢獻(xiàn)。 常識(shí)：陶瓷金鹵燈 高強(qiáng)度氣體放電燈是電光源產(chǎn)品中重要的一員，和白熾燈相比，高強(qiáng)度氣體放電燈在發(fā)光效率上有了很大的提高。然而，要保持光色質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性卻不是那么容易做到的。所以從上個(gè)世紀(jì)60年代開始，人們就一直在設(shè)想是否能夠開發(fā)研制出一種集金鹵燈的良好光色性能和鈉燈優(yōu)秀的發(fā)光效率于一身的光源陶瓷金鹵燈。但是，由于技術(shù)上的困難，如陶瓷材料、電極的封接工藝和電極發(fā)射性能等一直都無法得到良好解決，所以直到90年代初期陶瓷金鹵燈仍然只是人們的一個(gè)夢(mèng)想。然而，在1993年人們成功地解決了陶瓷和電極的封接工藝，對(duì)陶瓷金鹵燈的開發(fā)研制取得了突破性的進(jìn)展。1994年，飛利浦照明成功首創(chuàng)了陶瓷金屬鹵化物燈，實(shí)現(xiàn)了人們30多年的夢(mèng)想，成為電光源發(fā)展歷史上一個(gè)重要的里程碑。作為照明領(lǐng)域的新典范，體現(xiàn)著人類智慧的陶瓷金鹵燈不僅為世界照明領(lǐng)域帶來了技術(shù)革命，而且也為人類帶來了理想之光。 技術(shù)背景 金屬鹵化物燈放電管的管壁材料對(duì)其性能具有重要的影響。通常放電管的管壁材料采用石英管，在高溫工作狀態(tài)下鈧或其它稀土和石英管殼會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，形成硅酸鹽和硅的鹵化物。這樣反應(yīng)的結(jié)果使在管殼上形成Sc或稀土金屬元素的硅酸鹽，造成金屬元素的減少，使顏色產(chǎn)生漂移，并影響管殼的透明度；分離出來的Si元素會(huì)融解于鎢電極中，使電極的發(fā)射性能變壞；此外，由于過剩的鹵素，使放電困難，并產(chǎn)生有害的鹵鎢循環(huán)，腐蝕電極，使管壁發(fā)黑，引起光衰，另外，有些金屬離子（如鈉離子）在燈的壽命燃點(diǎn)過程中逐漸地通過管壁滲漏，也會(huì)使燈的光電性能變壞。由于上述原因限制了石英管金屬鹵化物燈性能參數(shù)及壽命的提高，而飛利浦陶瓷金鹵燈的放電管采用多晶氧化鋁陶瓷材料，這種陶瓷金屬鹵化物燈與傳統(tǒng)的石英金鹵燈相比，具有以下特點(diǎn)： 鈉金屬不會(huì)通過陶瓷管遷移到放電管外； 陶瓷管在高溫下化學(xué)穩(wěn)定性好，即使出現(xiàn)鋁金屬元素也不會(huì)影響鎢電極的性能（因?yàn)殇X很難溶解于鎢），使燈具有更長的壽命； 陶瓷管的幾何尺寸精度高，因而使燈的性能一致性好； 電弧管可工作在更高的溫度下，電弧內(nèi)有更多的金屬原子受激發(fā)，導(dǎo)致更好的顯色性，更高的發(fā)光效率； 放電管體積小，發(fā)光體亮度高； 色溫的一致性好，無論電源電壓的變化，電燈位置的變化，以及燈壽命過程，燈的色溫變化很?。?產(chǎn)品特點(diǎn) 飛利浦照明目前已推出了35W、70W和150W各種系列的陶瓷金鹵燈，其放電管的結(jié)構(gòu)如圖一所示。 其光源的性能特點(diǎn)為： 光源壽命長 （900015000小時(shí)） 一般而言，小功率石英金鹵燈的壽命在60009000小時(shí)，而陶瓷金鹵燈由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以其壽命可以達(dá)到900015000小時(shí)，比傳統(tǒng)的石英金鹵燈提高了3050。 發(fā)光效率更高 （90 lm/w） 目前，由于全球面臨著能源危機(jī)問題，所以人們非常重視有效地利用能源，在照明行業(yè)也是一樣，近年來所提出的綠色照明概念就是為了響應(yīng)有效利用能源而提出的。所以，盡管鹵鎢燈和白熾燈具有優(yōu)秀的顯色性，但是其在燃點(diǎn)過程中熱能散失嚴(yán)重、壽命較短，顯然不是一種理想的綠色照明產(chǎn)品。而陶瓷金鹵燈的高光效可以更有效地提高能源利用，降低業(yè)主使用成本，其光效比鹵鎢燈、白熾燈提高了四到九倍，而同時(shí)在光色性能上，又遠(yuǎn)遠(yuǎn)地好于石英金鹵燈，是一種集優(yōu)秀的光色性能和高發(fā)光效率于一身的新型光源。 壽命期間光色穩(wěn)定性能好 （在/200K之間），并且光源之間的光色一致性更好 陶瓷金鹵燈從點(diǎn)燃起，直到壽命終結(jié)，其色溫變化在200K之內(nèi)，而一般石英金鹵燈在壽命期間的色溫變化要大于600K，所以陶瓷金鹵燈解決了傳統(tǒng)石英金鹵燈的色差和色溫的漂移問題。 穩(wěn)定的流明輸出 光源的流明輸出會(huì)隨著時(shí)間而衰退。陶瓷金鹵燈的流明輸出在小功率的金鹵燈中是最高的，在壽命初期的流明輸出就比一般的石英金鹵燈要高1020更重要的是它能一直維持這樣水準(zhǔn)的光源輸出直到壽命結(jié)束。陶瓷金鹵燈的流明維持率在80以上，而傳統(tǒng)的石英金鹵燈則是6065，而且光衰較快。 光源幾何尺寸更緊湊 與現(xiàn)有石英金屬鹵化物燈的燈具與電器通用，易于推廣應(yīng)用。 而且由于其發(fā)光體更小，有利于燈具的設(shè)計(jì)，對(duì)燈光的控制就更方便。 具有3000K和4200K兩種色溫可供選擇，光源顯色性好 （Ra 8090） 下表列出為小功率陶瓷金鹵燈與石英金鹵燈顯色指數(shù)的比較：顯色性的好壞還和電弧管的管壁溫度有關(guān)。一般來說，管壁溫度越是高，其顯色性也越好。陶瓷金鹵燈的電弧管管壁溫度可以達(dá)到1150度，而傳統(tǒng)石英金鹵燈的電弧管管壁溫度只能達(dá)到800度左右，所以陶瓷金鹵燈的顯色性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的石英金鹵燈。而同時(shí)，管壁溫度還影響者光源的色溫差。就如同我們剛才所講到的，石英金鹵燈由于其最大管壁溫度只能達(dá)到800度，而管壁溫度的高低同色溫差成反比，所以其最終的色溫差也要大于陶瓷金鹵燈。 防紫外線設(shè)計(jì) 為了防止紫外線對(duì)于商品和人體的傷害，飛利浦使用了其已申請(qǐng)專利的Fadeblock技術(shù)，有效地控制了紫外線對(duì)商品及人體的危害，確保了使用的安全。 產(chǎn)品規(guī)格和應(yīng)用領(lǐng)域 陶瓷金鹵燈的應(yīng)用范圍很廣，如商店照明、展示照明、商業(yè)街道照明、廣告牌照明等，由于其光通量大，具有鹵鎢燈和白熾燈優(yōu)秀的光色性能，能夠創(chuàng)造出最佳的照明效果，其卓越的顯色性和光色的穩(wěn)定性能夠?qū)⒈徽瘴矬w的自然本色以最好的狀態(tài)顯示出來，所以陶瓷金鹵燈尤其適合用在商場(chǎng)照明。 在現(xiàn)今充滿競(jìng)爭的零售市場(chǎng)，商店必須樹立獨(dú)特的、與眾不同的形象，從而吸引顧客。尤其是在一些高檔商店，突出高檔商品和“愉快購物”，所以諸如商店的風(fēng)格和形象等因素，在吸引顧客和建立顧客的忠實(shí)度方面就顯得具有決定性的作用。 在設(shè)計(jì)商店環(huán)境時(shí)，必須考慮創(chuàng)造出迎合顧客口味的獨(dú)特的購物環(huán)境。由于飛利浦的陶瓷金屬鹵化物燈更能體現(xiàn)商品展示效果，所以即使在背景照度水平很高的情況下，它仍然能夠非常有效地吸引顧客對(duì)于商品的注意，吸引顧客的視線，讓顧客產(chǎn)生強(qiáng)烈的購買欲望，提高銷售量。 近期飛利浦照明對(duì)上海和西安兩地的消費(fèi)者作了一次關(guān)于商店照明滿意程度的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)有92的被訪者認(rèn)為商店的照明環(huán)境很重要，是購物環(huán)境的重要組成因素，對(duì)他們的購物行為同樣會(huì)產(chǎn)生正面或負(fù)面的影響。有特色的、好的照明不但令顧客感覺舒適，心情放松，而且可以提升商店的檔次；而不好的照明除了會(huì)影響顧客的情緒，如太暗的燈光會(huì)令顧客感覺壓抑，而太亮的燈光會(huì)時(shí)他們緊張；而且會(huì)直接影響到顧客對(duì)商品的選擇，比如對(duì)顏色的判斷，對(duì)材質(zhì)的判斷等。調(diào)查結(jié)果顯示，兩地的被訪者都有因?yàn)樯痰暾彰魇д娑鴮?duì)買回來的商品不稱心的經(jīng)歷。通過此次調(diào)研了解到，現(xiàn)今的顧客對(duì)于商店照明的要求不再是只要照亮就可以，他們認(rèn)為商店照明應(yīng)該： 根據(jù)商店/商場(chǎng)的性質(zhì)，采用不同光色的照明基調(diào)。如超市應(yīng)該用冷色調(diào)，這樣才能讓人感覺干凈明亮，而品牌專賣店應(yīng)該采用暖色調(diào)的光色，這樣可以營造一種典雅溫馨的氛圍。 對(duì)于貨架和一些新品陳列區(qū)，應(yīng)該用顯著的燈光加以強(qiáng)調(diào)，以此吸引顧客的注意力。 對(duì)不同的商品進(jìn)行突出照明時(shí)，應(yīng)該根據(jù)商品的性質(zhì)，采用不同色調(diào)的燈光。 商店里的燈光要能夠逼真地反映商品的顏色。 飛利浦照明的陶瓷金屬鹵化物燈就能很好地滿足這些需要，而且規(guī)格、型號(hào)齊全，可以適用于不同的零售店。 CDMT：單端插口型陶瓷金鹵燈 CDMT型的金屬鹵化物燈是一種緊湊型的單端光源，采用G12燈頭，它賦予燈具設(shè)計(jì)良好準(zhǔn)確的光學(xué)效果。CDMT可以分為兩個(gè)系列：色溫在3000K的暖白色光源/830系列，色溫在4200K的冷白色光源/942系列。后者具有非常好的顯色性，其顯色指數(shù)超過90，非常適合在冷色調(diào)環(huán)境中使用。 CDMT有70W、150W/942系列和35W、70W以及150W/830系列。 CDMTD：雙端陶瓷金鹵燈 雙端的CDMTD可以直接取代傳統(tǒng)的雙端石英金鹵燈，采用Rx7s燈頭，它有色溫為3000K和4200K的兩種規(guī)格，這兩種規(guī)格又都分為70W和150W。雙端的CDMTD可直接取代石英管金屬鹵化物燈，并且在式樣上作了翻新。 CDMR：反射型陶瓷金鹵燈 CDMR反射型陶瓷金鹵燈具有標(biāo)準(zhǔn)的E27 燈頭，具有無可比擬的光束強(qiáng)度，是鹵鎢燈光強(qiáng)的10倍以上，其封閉式的反光罩為用戶提供了最優(yōu)的光束性能，可以使用在投光燈具和泛光燈具中，由于其光源本身具有反光罩，所以對(duì)于燈具的要求相對(duì)較低。 CDMTC： 迷你型陶瓷金鹵燈 CDMTC迷你型陶瓷金鹵燈是大功率鹵鎢燈的理想替代者，采用G8.5燈頭，其光效高，避免了鹵鎢燈產(chǎn)生大量熱能的缺陷，而同時(shí)又能取得良好的光色性能。由于光源幾何尺寸很小，CDMTC可使用在非常緊湊的小型